電工原理與電氣設(shè)備

電工原理與電氣設(shè)備第1頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)配電裝置一、基本概念1、配電裝置

指在電力網(wǎng)中，用來接受和分配電力的電氣設(shè)備的總稱，是變電站電氣主接線中的開關(guān)電器、保護電器、測量電器、母線裝置和必要的輔助設(shè)備按主接線的要求建造而成的建筑物及電氣設(shè)備的總體。

2、配電設(shè)備

（1）控制電器：如斷路器、負荷開關(guān)、隔離開關(guān)等（2）保護電器：如熔斷器、繼電器、避雷器等（3）測量電器：如互感器、電壓表、電流表等（4）母線與各種載流導(dǎo)體第2頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3、配電裝置作用（1）在正常情況下用來交換功率和接受、分配電能；（2）發(fā)生事故時迅速切除故障部分，恢復(fù)正常運行；（3）在個別設(shè)備檢修時隔離此設(shè)備，不影響其它設(shè)備的運行。

4、配電裝置分類安裝地點戶內(nèi)式

戶外式

組裝方式裝配式

成套式第3頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月5、配電裝置的基本要求

（1）安全：設(shè)備布置合理清晰、采取保護措施。如：設(shè)置遮攔和安全出口、防爆隔墻、閉鎖裝置、設(shè)備外殼底座等保護接地。（2）可靠：設(shè)備選擇合理、故障率低、影響范圍小。（3）方便：設(shè)備布置便于操作，便于安裝、運輸、檢修、巡視、維護。（4）經(jīng)濟：合理布置、節(jié)省用地、節(jié)省材料。（5）發(fā)展：考慮施工、安裝、擴建的方便，預(yù)留備用間隔、備用容量。第4頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二、配電裝置的最小安全間距

A值：基本電氣距離。

A1（導(dǎo)體對地/接地）；

A2（導(dǎo)體對導(dǎo)體）

B值：裸導(dǎo)體與遮攔之間的距離。

B1：導(dǎo)體對柵欄或運輸設(shè)備；B1=A1+750mm。B2：導(dǎo)體對網(wǎng)狀護欄；

B2=A1+100mm。C值：無遮攔裸導(dǎo)體與地（樓）面的垂直凈距。戶內(nèi)C=A1+2300mm；戶外C=A1+2500mm。D值：不同時停電檢修的無遮攔帶電部分之間。戶內(nèi)D=A1+1800mm；戶外D=A1+2000mm。E值：通向屋外的出線套管至屋外通道的垂直凈距。

35KV以下E=4000mm；60KV以上E=A1+3500mm。第5頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月戶內(nèi)配電裝置的安全凈距第6頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2、戶外配電裝置的安全凈距第7頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月三、戶內(nèi)配電裝置1、主要設(shè)備：發(fā)電機、主變壓器、線路、母線聯(lián)絡(luò)斷路器、電壓互感器、避雷針等。2、戶內(nèi)配電裝置設(shè)備的特點：由于允許的安全凈距小，能分層布置，因而占地面積比屋外布置?。痪S修、操作和巡視都在戶內(nèi)進行，不受氣候條件的影響；電氣設(shè)備不易受外界污穢空氣環(huán)境的影響，電氣壽命長，維護工作量小；電氣設(shè)備之間的距離小，通風(fēng)散熱條件差，且不便于擴建；房屋建筑投資大，但可采用價格較低的屋內(nèi)型設(shè)備，能減小一些設(shè)備的投資。第9頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3、戶內(nèi)配電裝置設(shè)備的布置要求：

（1）同一回路的電器和導(dǎo)體應(yīng)布置在一個間隔內(nèi)，間隔之間及兩段母線之間應(yīng)用隔墻分開，以保證檢修安全和限制故障范圍。（2）盡量將電源布置在母線中部，使母線截面通較小的電流。（3）較重設(shè)備布置在下層，以減輕荷重并便于安裝。（4）充分利用間隔的位置。（5）布置對稱，便于操作。（6）考慮擴建要求，有利于擴建。第10頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)電廠和變電站的屋內(nèi)裝配式配電裝置，按其布置型式不同，一般可分為單層式、二層式和三層式。4、戶內(nèi)配電裝置型式：（1）單層式特點：所有電氣設(shè)備布置在一層。適用：6～10KV出線無電抗器及35～220KV的情況。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，施工時間短；造價低；運行、檢修方便。缺點：占地面積較大。35KV單母線分段接線、單層、二通道戶內(nèi)配電裝置斷面圖如容量不太大，通常采用成套開關(guān)柜，以減少占地面積。第11頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）二層式特點：將母線、母線隔離開關(guān)等較輕設(shè)備放在第二層，將電抗器、斷路器等較重設(shè)備布置在底層。適用：6～10KV出線有電抗器及35～220KV的情況。優(yōu)點：

造價較低；運行、檢修方便。缺點：

上下層故障通過樓板孔洞互相影響；母線及隔離開關(guān)單列布置增加了配電裝置長度；需采取機械通風(fēng)裝置；占地面積大。第12頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）三層式特點：所電氣設(shè)備依輕重分別布置在三層建筑物中。適用：

6～10KV出線有電抗器及35～220KV的情況。優(yōu)點：安全、可靠性高；占地面積小，長度短。缺點：土建結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工時間長；造價較高；操作、檢修、運行不大方便。第13頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月5、戶內(nèi)配電裝置設(shè)備布置：

母線：通常裝在配電裝置的上部，一般呈水平、垂直和直角三角形布置。母線相間距離決定于相間電壓。

母線隔離開關(guān)：通常設(shè)在母線下方。在雙母線布置的屋內(nèi)配電裝置中，母線與母線隔離開關(guān)之間宜裝設(shè)耐火隔板。兩層以上的配電裝置中，母線隔離開關(guān)宜單獨布置在一個小室內(nèi)。第14頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

斷路器：通常設(shè)在單獨的小室內(nèi)。斷路器小室按油量多少及防爆的要求，可分為敞開式、封閉式及防爆式。斷路器的操動機構(gòu)設(shè)在操動通道內(nèi)。手動操動機構(gòu)和輕型遠距離控制操動機構(gòu)均裝在壁上，重型遠距離控制操動機構(gòu)則落地裝在混凝土基礎(chǔ)上。

電流互感器：無論是干式或油浸式，都可以和斷路器放在同一個小室內(nèi)。穿墻式電流互感器應(yīng)盡可能作為穿墻套管使用。電壓互感器經(jīng)隔離開關(guān)和熔斷器（60kV及以下采用熔斷器）接到母線上，它需占用專門的間隔，但在同一間隔內(nèi)，可以裝設(shè)幾個不同用途的電壓互感器。

第15頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

電抗器：比較重，多布置在第一層的封閉小室內(nèi)。電抗器按其容量不同有三種不同的布置方式：三相垂直布置、品字形布置和三相水平布置，如圖9-3所示。通常線路電抗器采用垂直或"品"字形布置。當(dāng)電抗器的額定電流超過1000A、電抗值超過5%~6%時，宜采用"品"字形布置；額定電流超過1500A的母線分段電抗器或變壓器低壓側(cè)的電抗器，則采取水平布置。

安裝電抗器須注意：垂直布置時，B相應(yīng)放在上下兩相的中間，品字形布置時，不應(yīng)將A、C相重疊在一起。AAABBBCCC第16頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月電纜隧道及電纜溝：

電纜隧道為封閉狹長的構(gòu)筑物，高1.8m以上，兩側(cè)設(shè)有數(shù)層敷設(shè)電纜的支架，可容納較多的電纜，人在隧道內(nèi)能方便的進行敷設(shè)和維修電纜工作。電纜隧道造價較高，一般用于大型電廠。電纜溝為有蓋板的溝道，溝深與寬不足1米，敷設(shè)和維修電纜不方便。溝內(nèi)容易積灰，可容納的電纜數(shù)量也較少；工程簡單，造價較低，常為變電站和中、小型電廠所采用。為確保電纜運行的安全，電纜隧道（溝）在進入建筑物處，應(yīng)設(shè)帶門的耐火隔墻（電纜溝只設(shè)隔墻），以防發(fā)生火災(zāi)時，煙火向室內(nèi)蔓延擴大事故；一般將電力電纜與控制電纜分開排列在過道兩側(cè)。第17頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月四、戶外配電裝置1、特點：無需配電裝置室，節(jié)省建筑材料和降低土建費用，一般建設(shè)周期短；相鄰設(shè)備之間距離大，減少故障蔓延的危險性，且便于帶電作業(yè)；巡視設(shè)備清楚，且便于擴建；易受外界氣候條件的影響，運行條件差，須加強絕緣，設(shè)備價格較高；氣候變化給設(shè)備維修和操作帶來困難；占地面積大，對于水電站可能使投資增大。第18頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2、結(jié)構(gòu)型式1)母線①軟母線：懸式絕緣子懸掛在門型架、Π型架上。②硬母線：固定在支柱絕緣子上。（母線橋）2)變壓器外殼不帶電，落地布置，安裝在鋪有鐵軌的鋼筋混凝土基礎(chǔ)上，下面設(shè)置儲油池。3）電氣設(shè)備斷路器：低式布置在0.5～1m的混凝土基礎(chǔ)上。

高式布置在2m的混凝土基礎(chǔ)上。隔離開關(guān)、互感器：要求高式布置，2m以上。避雷器：可放在0.4m高或2m高基礎(chǔ)上。第19頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月4）電纜溝和通路電纜溝：定向應(yīng)使距離最短，上面兼做巡視通道。通路：滿足運輸設(shè)備、消防需要。還應(yīng)設(shè)置寬0.8~1m的巡視小道。5）構(gòu)架鋼構(gòu)架：經(jīng)久耐用，機械強度大，便于固定設(shè)備，抗震能力強，運輸方便；金屬消耗量大，為防銹需經(jīng)常維護。鋼筋混凝土構(gòu)架：經(jīng)久耐用，維護簡單。鋼管混凝土柱和鋼板箱組成的構(gòu)架：用材少、強度高，適用于大跨距、500KV以上配電裝置。6）通道、圍欄為運輸設(shè)備和消防需要，在主設(shè)備旁應(yīng)鋪設(shè)行車道。為方便運行人員巡視，應(yīng)設(shè)置寬0.8~1.0m的巡視小道。高型布置的屋外配電裝置，應(yīng)設(shè)置高層通道。發(fā)電廠及大型變電站的屋外配電裝置周圍宜設(shè)置高度不低于1.5m的圍欄。第20頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3、布置型式：（1）低型布置特點：電氣設(shè)備直接放在地面基礎(chǔ)之上，周圍設(shè)柵欄以保證人對電氣的安全距離，操縱機構(gòu)設(shè)在柵欄之外。

第21頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月低型布置優(yōu)點：

①布置比較清晰，不易誤操作，運行可靠；②安裝、檢修、維護方便；③設(shè)備重心低，抗震性能好；④所用鋼材少，造價較省。缺點：

占地面積較大；檢修時影響停電范圍較大；塵土污染較嚴重。第22頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）中型布置

布置特點：①所有電氣設(shè)備都安裝在同一水平面內(nèi)，并裝在一定高度的基礎(chǔ)上；②母線設(shè)在較高水平面上，使帶電部分對地保持必要的高度，以便工作人員能在地面上安全活動；③母線和電器完全不重疊。

第23頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月中型布置優(yōu)點：

①布置比較清晰，不易誤操作，運行可靠；②施工、檢修、維護方便；③構(gòu)架高度較低，抗震性能較好；④所用鋼材少，造價較省。缺點：

占地面積較大。第24頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）半高型

特點：①母線置于高一層的水平面上，與斷路器、電流互感器、隔離開關(guān)上下重疊布置；②不同組母線不重疊。

第25頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月半高型室外配電布置例圖二第26頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月半高型布置優(yōu)點：

①占地面積比普通中型布置約減少30%；②主母線及其他電器和普通中型相同，旁路母線及隔離開關(guān)位置均不很高，且不經(jīng)常帶電運行，故檢修運行都比較方便。③由于旁路母線與主母線采用不等高布置，實現(xiàn)進出線均帶旁路的接線比較方便。缺點：隔離開關(guān)下方未設(shè)置檢修平臺，檢修不方便。第27頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）高型布置特點：①各母線和電器安裝在幾個不同高度平面，旁母與斷路器、電流互感器等重疊布置，隔離開關(guān)重疊布置；②兩組主母線重疊布置，下方?jīng)]有電氣設(shè)備。第28頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月110KV雙母線帶旁路母線高型布置間隔斷面圖第29頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月高型布置優(yōu)點：

①充分利用空間，布置緊湊，縱向尺寸（垂直母線方向）最小。②占地只有普通中型布置的40%~50%。③母線絕緣子串及控制電纜用量比中型布置少。缺點：①耗用鋼材比中型多15%~60%左右。②操作條件比中型差。③上層設(shè)備檢修不方便。④抗震能力較差。適用：①場地狹窄或需大量土方開挖、回填的場區(qū)。②原有配電裝置需擴建，而場地受到限制時。③不宜用于地震烈度8度以上地區(qū)。第30頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)成套配電裝置一、概念1、成套配電裝置：在制造廠預(yù)先將開關(guān)電器、互感器等一、二次電氣設(shè)備組成各種電路，成套供應(yīng)的配電裝置。2、特點（1）電氣設(shè)備布置在封閉或半封閉的金屬外殼中，相間和對地距離可以縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。（2）所有電器元件已在工廠組裝成一個整體(開關(guān)柜)，大大減少了現(xiàn)場安裝工作量，有利于縮短建設(shè)工期，也便于擴建和搬遷。（3）運行可靠性高，維護方便。（4）耗用鋼材較多，造價較高。第31頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3、分類成套配電裝置可分成三類：①低壓成套配電裝置；②高壓成套配電裝置(也稱高壓開關(guān)柜)；③SF6全封閉式組合電器(GIS)。成套配電裝置按安裝地點可分為：①屋內(nèi)式；②屋外式。低壓成套配電裝置只做成屋內(nèi)式，高壓開關(guān)柜有屋內(nèi)式和屋外式。SF6全封閉式組合電器因屋外氣候條件較差，大部分都布置在屋內(nèi)。第32頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二、低壓成套配電裝置1.GGD型低壓配電屏

配電屏的構(gòu)架為拼裝式結(jié)合局部焊接。正面上部裝有測量儀表，雙面開門。三相母線布置在屏頂，閘刀開關(guān)、熔斷器、空氣自動開關(guān)、互感器和電纜端頭依次布置在屏內(nèi)，繼電器、二次端子排也裝設(shè)在屏內(nèi)。主母線排列在柜的上部后方，柜體的下部、后上部和頂部均有通風(fēng)、散熱裝置。

固定式低壓配電屏結(jié)構(gòu)簡單、價格低，維護、操作方便，廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠、變電所、工礦企業(yè)等電力用戶。第33頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2.GCS抽屜式低壓開關(guān)柜

GCS為密封式結(jié)構(gòu)，分為功能單元室、母線室和電纜室。電纜室內(nèi)為二次線和端子排。功能室由抽屜組成，主要低壓設(shè)備均安裝在抽屜內(nèi)。若回路發(fā)生故障時，可立即換上備用的抽屜，迅速恢復(fù)供電，開關(guān)柜前面門上裝有儀表、控制按鈕和空氣自動開關(guān)操作手柄。抽屜有聯(lián)鎖機構(gòu)，可防止誤操作。特點：密封性能好，防潮防塵；可靠性高，占地面積小；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼材消耗較多，價格較高。它將逐步取代固定式低壓配電屏。第34頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月三、高壓成套配電設(shè)備型式：固定式高壓開關(guān)柜手車式高壓開關(guān)柜

SF6全封閉組合電器。

（1）高壓開關(guān)柜的閉鎖裝置應(yīng)具有“五防”功能：防止誤分、誤合斷路器；防止帶負荷分、合隔離開關(guān)；防止帶電掛接地線或合接地開關(guān)；防止帶接地線或接地開關(guān)合閘；防止誤入帶電間隔，以保證操作人員的安全。第35頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）戶內(nèi)高壓成套配電裝置的布置要求配電裝置的布置和設(shè)備的安裝，應(yīng)滿足在正常、短路和過電壓等工作條件時的要求。配電裝置的絕緣等級，應(yīng)和電力系統(tǒng)的額定電壓相配合。屋內(nèi)配電裝置的安全凈距不應(yīng)小于最小安全凈距。配電裝置室內(nèi)的各種通道應(yīng)暢通無阻，不得設(shè)立門檻，并不應(yīng)有與配電裝置無關(guān)的管道通過。長度大于7m的高壓配電裝置室，應(yīng)有兩個出口，并宜布置在配電裝置室的兩端；長度大于60m時，宜增添一個出口；配電裝置的門應(yīng)為向外開啟的防火門，應(yīng)裝彈簧鎖，嚴禁用門閂，配電裝置室可開窗。第36頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3.固定式高壓開關(guān)柜

固定式高壓開關(guān)柜體積大，封閉性能差（GG系列）、檢修不夠方便，但制造工藝簡單、鋼材消耗少、價廉。較廣泛用作中、小型變電所的6~35kV屋內(nèi)配電裝置。下圖為XGN2-10Z型固定式開關(guān)柜外形結(jié)構(gòu)圖，其型號的含義為：X-箱式開關(guān)設(shè)備；G-固定式；N-戶內(nèi)裝置；2-設(shè)計序號；10-額定電壓（kV）；Z-真空斷路器。XGN2-10Z型固定式開關(guān)柜第37頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.手車式高壓開關(guān)柜又稱為移開式高壓開關(guān)柜，開關(guān)柜由固定的殼體（簡稱外殼）和裝有滾輪的可移開部件（簡稱手車）兩部分組成。一般情況，外殼用鋼板或絕緣板分隔成手車室、母線室、電纜室和繼電器儀表室四部分。圖示為JYN2-10型開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其型號的含義為：J—金屬封閉間隔式開關(guān)設(shè)備；Y—移開式；N—戶內(nèi)裝置；2—設(shè)計序號；10—額定電壓(kV)。

第38頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月四、SF6全封閉組合電氣（GIS）

SF6全封閉組合電器是按發(fā)電廠變電站電氣主接線的要求，將各電氣設(shè)備依次連接組成一個整體，封裝在以SF6氣體為絕緣和滅弧介質(zhì)的金屬接地殼體內(nèi)，以優(yōu)質(zhì)環(huán)氧樹脂絕緣子作支撐，是一種新型成套高壓電器。組成SF6全封閉式組合電器的標(biāo)準(zhǔn)元件有：①母線；②隔離開關(guān)（負荷隔離開關(guān)）；③斷路器；④接地開關(guān)（工作接地開關(guān)和快速接地開關(guān)）；⑤電流互感器；⑥電壓互感器；⑦避雷器；⑧電纜終端（或出線套管）。各元件可制成不同的標(biāo)準(zhǔn)獨立結(jié)構(gòu)，并輔以一些過渡元件（彎頭，三通，波紋管等），可適應(yīng)不同形式主接線的要求，組成成套配電裝置。第39頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月GIS優(yōu)點：

（1）占地面積與空間小。（2）運行可靠性高。（3）土建和安裝工作量小，建設(shè)速度快。（4）檢修周期長，維護工作量小。（5）能適應(yīng)環(huán)境的要求。由于金屬外殼接地的屏蔽作用，能消除對無線電的干擾，也沒有偶然觸及帶電體的危險，有利于工作人員的安全。（6）封閉組合電器各氣室相互隔離，可以防止事故范圍的擴大，也便于各元件的分別檢修與更換。（7）重心低，脆性原件少，抗震性能好。（8）GIS